[发明专利]深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具

说明书

技术领域

本发明涉及深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具，属于石油、天然气钻井的配套装置，尤其是能够降低深井井底钻井液密度，减轻钻头磨损，提高钻井速度，延长钻头寿命。

背景技术

随着世界浅层油气资源的减少，油气勘探开发逐渐向深井转变。深部地层钻井速度的快慢直接影响着油气勘探开发的经济效益，但深部钻井所受地层压力大，所需钻井液的密度大，高密度钻井液极大的影响机械钻速，这也成为深井钻井急需解决的问题。

随着钻井过程的不断进行，钻井深度的不断增加，需要在钻井液中加入像重晶石之类的加重材料，用来提高钻井液的密度，以达到稳定井壁和保护油气层的目的。室内试验和钻井实践证明，提高钻井液密度，会增加井内液柱压力和地层压力之间的压力差将使钻速急剧下降。其主要原因是井底压差对刚破碎的岩屑有压持效应，阻碍井底岩屑的及时清除，影响钻头的破岩效率，机械钻速下降，钻头磨损加剧。

根据大量现场钻井数据表明，钻井液中固相含量是影响钻井速度的一个重要因素，它的增加会导致机械钻速的降低。有研究表明，固相含量每提高7％，机械钻速就会下降到原来钻速的一半。所以严格控制钻井液中固相含量，对保证优质快速钻井有着直接的影响。

基于以上分析，本发明设计了深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具，该工具针对深井井底压力大，所用钻井液密度高等特点进行设计，在深井井底近钻头处分离钻井液中的部分固相颗粒，通过降低进入钻头的钻井液的密度，而降低深井井底的压持效应，减少重复破碎，降低喷嘴磨损，能够有效提高机械钻速和延长钻头寿命。

发明内容

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具由进液口、支撑杆、螺旋叶轮、V形凹槽、排固喷射口和出液口组成。

深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具与上下钻具通过螺纹连接，该工具安装在钻杆内部，工具靠近一侧的钻杆壁，且与钻杆内壁焊接固定，工具横截面积占钻杆横截面积的四分之三；工具内部靠近钻杆壁一侧为内部部分加厚，加厚部分中间开有V形凹槽，V形凹槽自上而下由浅及深，最终穿过钻杆外壁，在钻杆外壁上形成一个小孔，即排固喷射口；工具内V形凹槽自上而下有两段，同样有两个排固喷射口；工具内部安装螺旋叶轮，螺旋叶轮的上下两端分别安装轴承，轴承由四根支撑杆固定在进液口和出液口中间。

钻井液从地面加压泵入地下，并自上部钻杆流经深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具时分为两部分：一部分通过深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具外的空间直接流出；另一部分从进液口流入深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具。将钻井液分为两部分的目的是尽可能减少流动钻井液的压力损耗及降低摩擦阻力，并分离排出部分固相颗粒，降低钻头喷嘴处钻井液中的固相含量，提高钻头破岩效率。

通过进液口流入深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具的钻井液冲击螺旋叶轮，螺旋叶轮由于钻井液冲击力的作用而旋转，高速旋转的螺旋叶轮带动钻井液旋转，钻井液受到离心力作用后，钻井液中的固相颗粒旋转速度高于液相钻井液，钻井液中的固相颗粒紧贴工具壁旋转，在V形凹槽处囤积，由于钻井液自上而下流动，推动V形凹槽内的固相颗粒向下运移，固相颗粒由上部排固喷射口喷射出钻杆外；钻井液继续向下流动，并通过螺旋叶轮进行二次分离，二次分离出的固相颗粒从下部排固喷射口喷出钻杆外；最后经过两次分离的钻井液从出液口排出，与工具外流动的钻井液混合后进入钻头。

本发明的有益效果是：(1)通过分离部分深井井底钻井液中的固相颗粒，有效的降低井底近钻头处钻井液密度，从而能够有效降低深井井底的压持效应；(2)通过降低深井井底的压持效应，能够提高机械钻速，缩短单井钻井时间，降低钻井成本，同时为优质快速的钻井效率提供一种简单有效的技术手段。

附图说明

附图1为本发明结构示意图。

附图2为本发明截面图

图中标号：进液口1、支撑杆2、螺旋叶轮3、V形凹槽4、排固喷射口5、出液口6、螺纹7、中轴8、工具外的空间9

具体实施方式

以下结合附图1，详细说明本发明，如下：

深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具由进液口1、支撑杆2、螺旋叶轮3、V形凹槽4、排固喷射口5、出液口6和螺纹7组成。

钻井液从地面加压泵入地下，并自上部钻杆流经深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具时分为两部分：一部分通过深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具外的空间9直接流出；另一部分从进液口1流入深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具。

通过进液口1流入深井钻井井底钻井液单侧旋流提速工具的钻井液冲击螺旋叶轮3，螺旋叶轮3由于钻井液冲击力的作用而旋转，高速旋转的螺旋叶轮3带动钻井液旋转，钻井液受到离心力作用后，钻井液中的固相颗粒旋转速度高于液相钻井液，钻井液中的固相颗粒紧贴工具壁旋转，在V形凹槽4处囤积，由于钻井液自上而下流动，推动V形凹槽4内的固相颗粒向下运移，固相颗粒由上部排固喷射口5喷射出钻杆外；钻井液继续向下流动，并通过螺旋叶轮3进行二次分离，二次分离出的固相颗粒从下部排固喷射口5喷出钻杆外；最后经过两次分离的钻井液从出液口6排出，与工具外流动的钻井液混合后进入钻头。